用于熔丝制造型3D打印机的打印头组件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于熔丝制造型3D打印机的打印头组件，通过采用具有弹性溃缩功能的切换机构驱动熔丝挤出机构，从而消除了喷嘴与打印平台之间发生刚性碰撞的可能性，有效保护打印机结构件免受损伤。同时，打印头组件上的接触传感器可以自动检测打印平台的Z轴原点位置。此外，打印机控制板通过切换机构与接触检测传感器的相互配合，可以对接触检测传感器进行自检。解决了现有技术的打印头组件无法避免喷嘴与打印平台发生刚性碰撞的问题，以及打印机Z轴原点校准传感器无法实现自检的问题。

Print head assembly for fuse based 3D printers

【技术实现步骤摘要】
用于熔丝制造型3D打印机的打印头组件
本专利技术属于3D打印机
，具体涉及一种用于熔丝制造型3D打印机的打印头组件。
技术介绍
3D打印技术是一种快速成形技术，它以数字三维模型文件为基础，将金属、塑料、光敏树脂等成型材料通过逐层打印的方式成型物体的技术，属于增材制造。目前基于熔丝制造成型（FFF/FDM）原理的3D打印机由于结构简单，适用材料种类丰富，设备及耗材成本低等优势，已成为普及率最高的一种3D打印机。目前行业内多喷嘴的FFF型3D打印机多以固定式结构为主，这种结构中无切换机构，实现简单。但由于多个喷嘴的高度不易调整至完全水平，因此易出现一个喷嘴打印时另一个喷嘴刮擦模型的情况，影响模型打印质量，甚至刮倒模型导致打印失败。由于这种方案实用性不高，正逐步被具有切换结构多喷嘴打印头结构所取代。现有技术中的打印头切换结构主要分两大类，一类是以电机加丝杆结构驱动喷嘴作Z轴方向运动实现喷嘴切换，如申请号为CN200880025545.0的专利技术专利《用在基于挤出的分层沉积系统中的挤出头》和申请号为CN201620847633.0的技术专利《基于双向丝杠换向的双打印头联动式FDM三维打印结构》；另一类是通过整体旋转实现喷嘴切换，如申请号为CN200780020529.8的专利技术专利申请《具有多个挤出线的单电动机挤出头及其使用方法》以及申请号为CN201710792482.2的专利技术专利《一种3D打印机双喷头切换装置》。这两类打印头切换结构技术上均可以很好地解决打印过程中空闲打印头刮擦模型的问题。不过这两类方案的缺陷在于切换结构中喷嘴与固定支架之间为刚性连接，当平台异常抬升撞到喷嘴时存在损坏打印机结构件的风险。以打印平台做Z轴运动的FFF打印机结构为例，FFF打印机的Z轴坐标原点（即Z=0mm的位置）是在打印平台与喷嘴相接触的临界位置。所述临界位置的理想状态是喷嘴与平台距离为0，但相互之间并没有相互作用力时平台的位置。现实中由于加工及装配精度的原因，这种情况无法达到，实际操作中一般调试时会让喷嘴与平台之间留出大约0.05mm的间隙，以确保喷嘴不会刮到平台。为了确保打印平台能够到达Z=0mm的位置，平台的硬件限位和机械限位点必须设置在Z轴原点之上并留出足够裕量，比如触碰硬件限位时Z=-1mm，触碰机械限位时Z=-2mm。若打印平台升高超过Z=0mm的位置，只要喷嘴在打印平台的范围内，打印平台会首先撞击喷嘴，由于喷嘴与固定支架之间为刚性连接，喷嘴无法通过溃缩实现避让，因此打印平台与喷嘴会直接发生刚性碰撞。这样，机械限位就起不到应有的作用。由于打印喷嘴会在使用中被磨损，新旧喷嘴之间的高度偏差甚至会超过0.5mm。同时，打印平台上的打印膜也属于耗材，不同的打印膜厚度也会存在偏差。上述原因导致打印机在使用过程中其Z轴原点位置并不固定，因此打印机在打印前需要对Z轴坐标位置进行校准补偿。而当校准不当时，就可能出现上述平台撞击喷嘴的情况。目前，主流打印机对于Z轴坐标偏差的校准有手动校准、半自动校准和全自动校准三种方式。多数桌面级FFF打印机采用手动校准方式，通过手动调节打印平台的高度，使得Z=0mm时喷嘴与打印平台的间距大约在0.05mm左右。这种方式实现最为简单，但需要用户具有一定的操作经验。半自动补偿方式则是通过在喷嘴附近设置一个位置传感器，通过软件辅助用户执行校准操作。如浙江闪铸三维科技有限公司的Finder2.0型号的3D打印机，校准时放下位置传感器并提升打印平台，提示用户按步骤调整平台高度并找到触发位置传感器的临界点。这种校准方式的缺陷在于位置传感器与喷嘴是相互独立的，其只能校准打印平台与传感器之间的高度偏差，而传感器与喷嘴之间的位置偏移无法自动补偿。全自动校准方式则可以通过自身传感器自动校准Z轴坐标原点。如美国Stratasys公司的Fortus450MC型号的3D打印机，其在打印平台附近设置一个位置传感器，并使传感器与打印平台之间的高度差为确定值。校准时通过控制打印头喷嘴触碰该传感器，来检测出传感器的Z轴坐标，进而推算出打印平台的Z轴坐标，并通过软件设置补偿值校准Z轴坐标。该方案可以检测出喷头磨损造成的误差，因此与前两种方式相比精度最高。但这种方式对于打印膜厚度偏差引起的高度差同样无法进行自动补偿，因此使用中需要通过约束打印膜的厚度来保证自动补偿值的准确性。对于手动及半自动补偿的方式，由于需要用户手工介入，在用户操作失误时，可能会出现校准不当导致平台撞击喷嘴的情况。对于如Fortus450MC这样具有全自动校准功能的打印机，原则上应该不会出现上述问题，但如果用户使用了厚度超标的打印膜或者其位置传感器损坏失效，则同样存在撞击喷嘴的风险。此外，现有技术中能够实现Z轴坐标原点自动检测的技术方案有以下几个：申请号为CN201711379355.6的专利技术专利《3D打印头组件、打印平台归零、调平的方法及3D打印机》提供了一种通过压力传感器检测喷嘴与平台是否接触的技术方案；申请号为CN201710170436.9专利技术专利《自动调平的3D打印机以及3D打印机的自动调平方法》提供了通过直接将喷嘴作为电极并与设置在打印平台上的电极构成回路实现平台接触检测的技术方案。这两个技术方案均未解决喷头与平台存在刚性撞击风险的问题，校准时若传感器失效就会直接导致喷嘴与打印平台发生刚性碰撞。此外，申请号为CN201710170436.9的专利技术专利直接将喷嘴作为一侧电极也存在很大的安全隐患，原因在于喷嘴上容易被不导电的打印耗材所覆盖，一旦被耗材覆盖后该电极就无法与平台电极构成回路，导致检测失效。其次，上述两个技术方案均无法实现检测传感器自检。通过以上分析可以看出，现有技术中多打印头切换方案不支持喷嘴受撞击后弹性溃缩功能，若使用不当或传感器故障，易导致打印机结构件损坏。同时，现有技术的Z轴原点自动检测方案也无法实现在打印平台与喷嘴撞击时的缓冲功能以及接触检测传感器的自检功能。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种用于熔丝制造型3D打印机的打印头组件，通过采用具有弹性溃缩功能的切换机构驱动熔丝挤出机构，从而消除了喷嘴与打印平台之间发生刚性碰撞的可能性，有效保护打印机结构件免受损伤。同时打印头组件上的接触传感器可以自动检测打印平台的Z轴原点位置。并且打印机控制板通过切换机构与接触检测传感器的相互配合，可以对接触检测传感器进行自检。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：提出一种用于熔丝制造型3D打印机的打印头组件，包括固定支架、至少两个熔丝挤出机构、切换机构以及接触检测传感器。所述熔丝挤出机构安装于固定支架上，并可在固定支架上沿Z轴方向滑动。所述切换机构安装于固定支架上，切换机构的动作端与熔丝挤出机构机械连接，切换机构可驱动各熔丝挤出机构沿Z轴方向运动；并且所述切换机构的动作端为弹性结构，可在外力作用下发生弹性溃缩。所述接触检测传感器用于检测熔丝挤出机构中的喷嘴是否接触到打印平台，每个熔丝挤出机构对应一个接触检测传感器。在3D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种打印头组件，其特征在于，包括：/n固定支架；/n至少两个熔丝挤出机构，所述熔丝挤出机构安装于固定支架上，并可在固定支架上沿Z轴方向滑动；/n切换机构，所述切换机构安装于固定支架上，切换机构的动作端与熔丝挤出机构机械连接，切换机构可驱动各熔丝挤出机构沿Z轴方向运动，并且/n所述切换机构的动作端为弹性结构，可在外力作用下发生弹性溃缩；/n接触检测传感器，所述接触检测传感器用于检测熔丝挤出机构中的喷嘴是否接触到打印平台，每个熔丝挤出机构对应一个接触检测传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种打印头组件，其特征在于，包括：
固定支架；
至少两个熔丝挤出机构，所述熔丝挤出机构安装于固定支架上，并可在固定支架上沿Z轴方向滑动；
切换机构，所述切换机构安装于固定支架上，切换机构的动作端与熔丝挤出机构机械连接，切换机构可驱动各熔丝挤出机构沿Z轴方向运动，并且
所述切换机构的动作端为弹性结构，可在外力作用下发生弹性溃缩；
接触检测传感器，所述接触检测传感器用于检测熔丝挤出机构中的喷嘴是否接触到打印平台，每个熔丝挤出机构对应一个接触检测传感器。


2.如权利要求1所述的打印头组件，其特征在于，熔丝挤出机构通过直线导轨与滑块或者光轴与直线轴承可滑动地安装于固定支架上。


3.如权利要求1所述的打印头组件，其特征在于，切换机构动作端弹性溃缩的最大距离不小于2mm。


4.如权利要求1所述的打印头组件，其特征在于，所述切换机构为气压缸。


5.如权利要求4所述的打印头组件，其特征在于，所述气压缸的拉力值不小于对应熔丝挤出机构重量的1.5倍且推力值不超过对应熔丝挤出机构重量的10倍，并且优选拉力值不小于对应熔丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：严铜，
申请(专利权)人：严铜，
类型：发明
国别省市：江苏;32